CN112080515B

CN112080515B - Up基因及其在植物改良中的应用

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Publication number: CN112080515B
Application number: CN201910516182.0A
Authority: CN
Inventors: 肖晗; 江铸颜; 张虹
Original assignee: Center for Excellence in Molecular Plant Sciences of CAS
Current assignee: Center for Excellence in Molecular Plant Sciences of CAS
Priority date: 2019-06-14
Filing date: 2019-06-14
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2039-06-14
Also published as: CN112080515A; WO2020249108A1

Abstract

本发明提供了一种UP基因及其在植物改良中的应用。本发明揭示了一种新型植物调控基因，称为UP基因，其可以调控植物果柄朝向、花序形态和产量。本发明还提供了以UP基因或其编码的蛋白作为植物性状调控靶点的应用；UP基因是影响植物农艺性状的重要功能基因，可用于提高作物产量，设计改造植物器官形态。本发明还提供了UP基因的变体，由于终止密码子产生而导致UP蛋白提前终止，因此所述的UP基因、其变体以及它们编码的蛋白，还可以作为鉴别植物表型或产量的分子标记。

Description

UP基因及其在植物改良中的应用

技术领域

本发明属于植物生物学领域，更具体地，本发明涉及UP基因及其在植物改良中的应用。

背景技术

植物的向重性分为重力感知(Gravity perception)、信号转导(Signaltransduction)、信号传递(Signal transmission)和弯曲反应(Curvature response)四个阶段。植物感知重力信号后，通过淀粉体沉降形成的物理信号，并转化成生理学信号，依次传递到伸长区(Elongation zones，EZs)。EZ通过促进或抑制细胞的伸长实现向性生长。

1900年，Haberlandt和Nemec分别在紫鸭趾草茎节细胞和两栖焊菜根尖细胞中发现了能移动的淀粉体，并把这种能移动的淀粉体叫做耳石或平衡石，建立了“淀粉粒-平衡石假说”，认为重力的识别是由含淀粉体细胞沉降介导。在根中，位于根冠的最外两层柱状细胞内含有淀粉体，是对重力感知敏感的细胞。在茎中，围绕维管束系统的内皮层细胞含有淀粉体。

生长素是植物最重要的激素之一，参与调控植物的器官发生、形态建成、组织分化、顶端优势、向性生长等。生长素主要在植物体内生长活跃的地方合成，如叶原基、幼叶、根以及发育的种子等部位合成。生长素具有极性运输(Polar auxin transport，PAT)特点。植物体内的生长素运输途径主要有两条：一是通过成熟维管束组织的被动运输；另一条是依赖于运输载体蛋白的极性运输。生长素的极性运输主要通过生长素运输载体在细胞中的不对称分布介导。在光、重力等因子的刺激下，生长素运输载体在细胞内的极性定位会发生改变，引起生长素分布变化，发生不对称生长。

生长素运输载体可分为输入载体和输出载体。输入载体主要有AUXIN RESISTANT1/LIKE AUX1(AUX1/LAX)家族成员(AUX1，LAX1，LAX2和LAX3)。该家族成员编码具有跨膜结构域的膜蛋白，是氨基酸/生长素通透酶超家族中植物所特有的亚家族。生长素输出载体主要有PIN-FORMED(PIN)蛋白、多重抗药性/磷酸糖蛋白家族(Multi-drug Resistance/P-glycoproteins，MDR/PGP)和PILS(PIN-LIKES)家族成员。

近些年关于植物地上部分下胚轴和茎的向重性研究报道较多，调控机制也比较清晰，但花果器官的向重性研究较少。果柄是连接果实和花柄或茎的重要组织器官，参与果实和种子的养分运输。最近研究发现果实中合成的生长素经果柄运输到下部组织，而茎顶端等部位合成的生长素不经果柄向果实运输。果实的生长发育受生长素驱动，施用生长素于未受精子房能诱导单性结实，促进果实的形成和生长。但果实和果柄的生长素极性运输如何影响果实形成和生长发育并不清楚。

综上，克隆控制果柄和果实生长素运输的重要功能基因在利用分子设计育种、基因改良作物产量上具有巨大的经济价值。

发明内容

本发明的目的在于提供UP基因及其在植物改良中的应用。

在本发明的第一方面，提供一种调节植物果柄朝向、花序形态和产量的方法，包括：调节植物中UP基因或其编码的蛋白的表达，从而调节植物果柄朝向、花序形态和产量；所述的UP基因或其编码的蛋白包括其同源物。

在一个优选例中，所述方法选自：(a)下调UP基因或其编码的蛋白的表达，从而使植物果柄朝上，花序轴的顶端朝上生长，或提高植物的果重、单株果实数、单株坐果花序数或产量；(b)上调UP基因或其编码的蛋白的表达，从而使植物果柄朝下，花序轴的顶端朝下生长，地上部分向重性缺失(使得倒挂植株向地生长)。

在另一优选例中，所述下调UP基因或其编码的蛋白的表达包括：在植物中敲除或沉默UP基因，或抑制UP蛋白的活性；较佳地，包括：以特异性干扰UP基因表达的干扰分子来沉默UP基因，以CRISPR系统进行基因编辑从而敲除UP基因，以同源重组的方法敲除UP基因。

在另一优选例中，所述方法包括：对UP基因进行改造使其提前出现终止子(其编码的UP蛋白提供终止)；所述的改造包括(但不限于)：对UP基因进行定点突变，基因编辑或同源重组。

在另一优选例中，所述上调UP基因或其编码的蛋白的表达包括：将UP基因或含有该基因的表达构建物或载体转入植物中。

在另一优选例中，所述的提前出现终止子为相应于SEQ ID NO:2所示氨基酸序列中第130位氨基酸对应的密码子或其之前的密码子转为终止子；或相应于SEQ ID NO:6所示氨基酸序列出现提前终止突变或改造。

在本发明的另一方面，提供一种UP基因、其编码的蛋白或它们的调节剂的用途，用于调节植物果柄朝向、花序形态和产量；所述的UP基因或其编码的蛋白包括其同源物。

在一个优选例中，所述调节剂为UP基因或其编码的蛋白的下调剂，用于使植物果柄朝上，花序轴的顶端朝上生长，或提高植物的果重、单株果实数、单株坐果花序数或产量。

在另一优选例中，所述调节剂为UP基因或其编码的蛋白、含有UP基因的表达构建物或载体，用于使植物果柄朝下，花序轴的顶端朝下生长或地上部分向重性缺失。

在本发明的另一方面，提供一种植物UP基因或其编码的蛋白的用途，用于作为鉴定植物果柄朝向、花序形态和产量的分子标记；所述UP基因或其编码的蛋白包括它们的同源物。

在本发明的另一方面，提供一种筛选调节植物果柄朝向、花序形态和产量的调节剂的方法，所述方法包括：(1)将候选物质加入到含有UP基因或其编码的蛋白的体系中；(2)检测所述体系中，观测(1)的体系中UP基因或其编码的蛋白的表达或活性；若所述候选物质下调UP基因或其编码的蛋白的表达或活性，则表明该候选物质是使植物果柄朝上、花序轴的顶端朝上生长或提高植物果重、单株果实数、单株坐果花序数或产量的调节剂；若所述候选物质上调UP基因或其编码的蛋白，则表明该候选物质是使植物果柄朝下、花序轴的顶端朝下生长或地上部分向重性缺失的调节剂；其中，所述UP基因或其编码的蛋白包括它们的同源物。

在本发明的另一方面，提供一种定向选择或鉴定植物果柄朝向、花序形态或产量的方法，所述方法包括：鉴定测试植物中UP基因或其编码的蛋白的表达：若是该测试植物的UP基因或其编码的蛋白的表达显著低于该类植物UP基因或其编码的蛋白的平均表达值，则其为果柄朝上，花序轴的顶端朝上生长，果重、单株果实数、单株坐果花序数或产量提高的植物；若是该测试植物的UP基因或其编码的蛋白的表达显著高于该类植物UP基因或其编码的蛋白的平均表达值，则其为果柄朝下，花序轴的顶端朝下生长或地上部分向重性缺失的植物；其中，所述UP基因或其编码的蛋白包括它们的同源物。

在本发明的另一方面，提供一种特异性鉴定植物的果柄朝向、花序形态或产量表型的方法，所述方法包括：鉴定待测植物的UP基因或其编码的蛋白，若不存在导致提前出现终止子的基因突变或表达全长UP蛋白，则表明该待测植物为果柄朝下、花序轴的顶端朝下生长或地上部分向重性缺失的植物；若存在导致提前出现终止子的基因突变或表达UP蛋白片段，则表明该待测植物为果柄朝上、花序轴的顶端朝上生长或果重、单株果实数、单株坐果花序数或产量提高的植物；其中，所述UP基因或其编码的蛋白包括它们的同源物。

在一个优选例中，所述的提前出现终止子为相应于SEQ ID NO:2所示氨基酸序列中第130位氨基酸对应的密码子转为终止子；或相应于SEQ ID NO:6所示氨基酸序列出现提前终止突变或改造。

在另一优选例中，采用包括(但不限于)：测序法，PCR扩增法，限制性酶切分析法，探针法，杂交法，芯片法，等位基因多态性分析法进行核酸序列的鉴定。

在另一优选例中，根据提前出现终止子的序列位置及其邻近位置的碱基序列，通过限制性酶切分析法进行核酸序列的鉴定；较佳地，所述的限制性酶包括(但不限于)：基于SEQ ID NO:1中所示的第389个碱基突变设计的限制性内切酶，如EcoRI。

在另一优选例中，所述的植物是具有果柄的植物；较佳地，所述的植物包括(但不限于)：茄科植物，瓜果类植物，观果类植物；较佳地，所述茄科植物包括：番茄，辣椒，茄子、枸杞、酸浆、龙葵；较佳地，所述瓜果类植物包括：如黄瓜，丝瓜，南瓜，冬瓜，西瓜，各种果树如苹果树、桃树。

在另一优选例中，(a)所述植物为番茄，UP基因编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ IDNO:2所示；提前出现终止子后，UP基因编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO:2中第1～129位所示(截短体)；或(b)所述植物为辣椒，UP基因编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO:6所示。

在另一优选例中，(a)中，还包括：将SEQ ID NO:2或其截短体所示氨基酸序列经过一个或多个(如1～20个、1～10个、1～5或1～2个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有该蛋白功能的衍生的蛋白；或氨基酸序列与SEQ ID NO:2或其截短体限定的氨基酸序列有70％以上(更佳地如80％以上，85％以上，90％以上，95％以上)相同性且具有该蛋白功能的多肽；或具有SEQ ID NO:2所示蛋白的功能的SEQ ID NO:2的片段。

在另一优选例中，(b)中，还包括：将SEQ ID NO:6所示氨基酸序列经过一个或多个(如1～20个、1～10个、1～5或1～2个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有该蛋白功能的衍生的蛋白；或氨基酸序列与SEQ ID NO:6或其截短体限定的氨基酸序列有70％以上(更佳地如80％以上，85％以上，90％以上，95％以上)相同性且具有该蛋白功能的多肽；或具有SEQ ID NO:6所示蛋白的功能的SEQ ID NO:6的片段。

在本发明的另一方面，提供一种分离的蛋白，其是UP蛋白的片段，较佳地，其是UP基因提前出现终止子产生的片段；所述提前出现终止子为相应于SEQ ID NO:2所示氨基酸序列中第130位氨基酸对应或其前面的密码子转为终止子；或相应于SEQ ID NO:6所示氨基酸序列中在第139位氨基酸对应的密码子或之前的密码子转为终止子；更佳地，其氨基酸序列如SEQ ID NO:2中第1～129位所示，或如SEQ ID NO:6中第1～138位所示。

在本发明的另一方面，提供分离的多核苷酸，其编码所述的蛋白。

在本发明的另一方面，提供前述分离的蛋白或分离的多核苷酸的用途，用于作为特异性鉴定植物的果柄朝向、花序形态或产量表型的分子标记。

在本发明的另一方面，提供分离的多核苷酸，其核苷酸序列如SEQ ID NO:3或SEQID NO:4所示，或SEQ ID NO:3或SEQ ID NO:4的序列片段，该序列片段包含有其中第294位的碱基。

在本发明的另一方面，提供多核苷酸的用途，用于作为鉴定茄科植物番茄的果柄朝向、花序形态或产量的分子标记。该多核苷酸的核苷酸序列如SEQ ID NO:3或SEQ ID NO:4所示，或SEQ ID NO:3或SEQ ID NO:4的序列片段，该序列片段包含有其中第294位的碱基。

在本发明的另一方面，提供利用所述的多核苷酸鉴定茄科植物番茄的方法，包括：扩增番茄的基因组序列中包含SEQ ID NO:3和/或SEQ ID NO:4的核苷酸序列或序列片段；分析其中对应于SEQ ID NO:3和/或SEQ ID NO:4中第294位碱基序列，若为C，则其为果柄朝下，花序轴的顶端朝下生长，地上部分向重性缺失的表型；若为G，则其为果柄朝上，花序轴的顶端朝上生长，果重、单株果实数、单株坐果花序数或产量提高的表型；较佳地，以SEQ IDNO:7和SEQ ID NO:8所示序列的引物扩增SEQ ID NO:3和/或SEQ ID NO:4的核苷酸序列。

在本发明的另一方面，提供鉴定茄科植物辣椒的方法，包括：扩增辣椒的基因组序列中包含有相应于SEQ ID NO:9序列中第491位的碱基的序列片段；分析其中对应于SEQ IDNO:9中第491位碱基序列，若为C，则其为果柄朝下的表型；若为G，则其为果柄朝上的表型。

本发明的其它方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。

附图说明

图1、番茄、辣椒果柄和花序形态的差异。A，番茄野生型果柄和花序形态表型；B，番茄up突变体果柄和花序形态表型；C，辣椒朝下果柄和花序形态的表型；D，辣椒朝上果柄和花序表型。

图2、SlUP过表达转基因质粒图谱和转基因植株表型图。A，SlUP过表达转基因质粒图谱；B，SlUP过表达转基因植株表型图，图为倒挂着培养的SlUP OE转基因植株，顶端不能响应重力信号而朝向地心的方向生长。

图3、SlUP基因互补的转基因质粒图谱。质粒以pCAMBIA1300为骨架，在HindIII和SalI之间插入pUP::SlUP序列(包括8.7kb启动子、1.1kb包含内含子的编码序列以及2kb 3’UTR序列)，并在其后SacI和EcoRI之间插入NOS终止序列。

图4、SlUP基因互补的转基因株系的表型图。A，SlUP基因互补的转基因株系的整体图；B，SlUP基因互补的转基因株系授粉后的果柄表型。

图5、SlUP与CaUP基因的同源比对图。

图6、CaUP基因内含子的SNP位点测序分析图。对423份辣椒品种的CaUP基因内含子进行测序，发现该内含子部位有一个SNP位点与辣椒果实朝向显著相关。当SNP位点为C碱基时，255个辣椒品种中有251个辣椒品种是果柄朝下的；当SNP位点为G时，176个辣椒品种中有167个辣椒品种是果柄朝上的。

图7、辣椒CaUP基因的表达。定量PCR检测CaUP基因在26个辣椒品种中的表达量。本发明人发现16个果柄朝下的辣椒品种中CaUP基因的表达量要显著高于10个果柄朝上的。

图8、UP基因的分子标记用于鉴定番茄果柄朝向和花序形态。附图说明：图中电泳出较小的条带为果柄朝上的辣椒品种(被酶切开后仅有一条带明显可见)；电泳出较大的条带，为果柄朝下的辣椒品种。

图9、野生型NIL(UP)和突变体NIL(up)单株果实总产量、果实数目、单果重以及坐果花序数目统计。A，野生型NIL(UP)和突变体NIL(up)单株果实总产量统计；B，野生型NIL(UP)和突变体NIL(up)单株果实的数目统计；C，野生型NIL(UP)和突变体NIL(up)单个果实平均重量统计；D，野生型NIL(UP)和突变体NIL(up)坐果花序数目统计。

图10、野生型NIL(UP)和突变体NIL(up)单株果实图片。A，NIL(UP)单株果实照片；B，NIL(up)单株果实照片。

具体实施方式

本发明首次研究及揭示了一种新型植物调控基因，称为UP基因，其编码的蛋白称为UP蛋白，其可以调控植物果柄朝向、花序形态和产量。本发明还提供了以UP基因或其编码的蛋白作为植物性状调控靶点的应用；UP基因是影响植物农艺性状的重要功能基因，可用于提高作物产量，设计改造植物器官形态。本发明还提供了UP基因的变体，由于终止密码子产生而导致UP蛋白提前终止，因此所述的UP基因、其变体以及它们编码的蛋白，还可以作为鉴别植物表型或产量的分子标记。

UP基因及其编码蛋白

在本发明中，除非特别说明，所述的UP蛋白可以是具有SEQ ID NO:2(SlUP，番茄来源)或SEQ ID NO:6(CaUP，辣椒来源)序列的多肽，还包括具有与UP蛋白相同功能的序列变异形式。

所述的变异形式包括(但并不限于)：若干个(通常为1-50个，较佳地1-30个，更佳地1-20个，最佳地1-10个，还更佳如1-8个、1-5个)氨基酸的缺失、插入和/或取代，以及在C末端和/或N末端添加或缺失一个或数个(通常为20个以内，较佳地为10个以内，更佳地为5个以内)氨基酸。任何与所述的UP蛋白同源性高(比如与SEQ ID NO:2或3所示的多肽序列的同源性为70％或更高；优选地同源性为80％或更高；更优选地同源性为90％或更高，如同源性95％，98％或99％)的、且具有所述UP蛋白相同功能的蛋白也包括在本发明内。

来源于番茄或辣椒以外其它物种的与SEQ ID NO:2或6所示序列的多肽序列的同源性较高、或在同样或相近的信号通路中发挥同样或相近作用的多肽也包括在本发明中。

本发明中，所述的“UP”也包括它们的同源物。应理解，虽然本发明中优选研究了获自特定物种番茄或辣椒的SlUP或CaUP，但是获自其它物种、特别是茄科植物的与所述SlUP或CaUP高度同源(如具有60％以上，如70％，80％，85％、90％、95％、甚至98％序列相同性)的其它多肽或基因也在本发明考虑的范围之内。

本发明还提供了分离的蛋白，其是UP蛋白的片段，较佳地，其是UP基因提前出现终止子产生的片段；本发明还提供了分离的多核苷酸，其编码前述的蛋白。

植物改良

如本文所用，所述的植物是具有本发明的UP基因的同源物(同源基因)的植物；较佳地，所述的植物具有果实，且其果实连接果柄，通过果柄支撑果实以及输送营养成分。所述的植物是具有果柄的植物；较佳地，所述的植物包括(但不限于)：茄科植物，瓜果类植物，观果类植物；更具体地例如：番茄，辣椒，茄子、枸杞、酸浆、龙葵，黄瓜，丝瓜，南瓜，冬瓜，西瓜，苹果树、桃树。

如本文所用，“茄科植物(作物)”是包含/表达“UP基因”或其的同源物的茄科植物；如番茄或辣椒。番茄和辣椒是两个重要的园艺作物，提高产量是重要的育种目标。

本发明人在研究工作中，鉴定到一个番茄果柄朝向变异材料upright pedicel(up)。不同于正常植株果柄的向下弯曲生长，该材料的果柄在受精后朝上直立生长，果实朝向与同属茄科的朝天椒相类似。本发明通过图位克隆分离到番茄SlUP基因。此外，通过同源比对和基因共线性分析，克隆了调控辣椒果实朝向的候选基因CaUP，SlUP与CaUP基因的克隆对于番茄和辣椒遗传育种和品质改良具有重要的意义。

辣椒(Capsicum)，是茄科(Solanaceae)辣椒属，一年生或多年生植物，是世界性的重要蔬菜作物。2011年由遵义市农业科学研究院牵头，联合国内外13家科研院所启动了辣椒基因组测序，并于2014年完成了一年生辣椒遵辣1号(Zunla-1)和墨西哥野生辣椒Chiltepin的基因组测序。同年，韩国首尔大学等单位完成了一年生辣椒CM334的基因组测序。辣椒基因组序列为辣椒基因的克隆和分子育种提供了重要帮助。朝天椒(Capsicumannuum var frutescens L)是辣椒的一个变种，具有果小、辣度高、易干制等优点。朝天椒富含辣椒碱、辣椒红素。辣椒素最早在1876年由Thres从辣椒中分离出来，辣椒碱主要由辣椒素和二氢辣椒素组成，是辣味的主要来源。辣椒素类物质还具有抗菌、抗肿瘤和镇痛等作用，在医疗保健上具有重要价值。朝天椒和普通栽培辣椒的一个重要表型差异在于果柄的朝向，朝天椒果柄朝上，而普通辣椒果柄下垂。

因此，基于本发明人的新发现，提供了一种改良植物的方法，所述方法包括：调控植物体内UP基因或其编码的蛋白，进而调控植物体果柄朝向、花序形态和产量，具体包括果柄朝上/下、花序轴的顶端朝上/下生长、果重、单株果实数、单株坐果花序数、产量。

一方面，本发明提供了一种提高植物的果重、单株果实数、单株坐果花序数或产量的方法，包括：下调UP基因或其编码的蛋白的表达。另一方面，本发明提供了一种使植物果柄朝下，花序轴的顶端朝下生长，地上部分向重性缺失(使得倒挂植株向地生长)的方法，包括：上调UP基因或其编码的蛋白的表达。上调UP基因或其编码的蛋白，番茄植株的茎向重性反应发生变化，倒挂植株表现为向地生长，这可以用于景观园林植物的分子设计，创造出特定植株形态。

应理解，在得知了所述UP基因或其编码的蛋白与其提前终止的突变体的关联性或调控机制后，可以采用本领域人员熟知的多种方法来调节所述的UP基因的表达，这些方法均被包含在本发明中。

本发明中，所述的UP基因或其编码的蛋白的下调剂是指任何可降低UP蛋白的活性、降低UP基因或其编码的蛋白的稳定性、下调UP蛋白的表达、减少UP蛋白有效作用时间、或抑制UP基因的转录和翻译的物质，这些物质均可用于本发明，作为对于下调UP基因或其编码的蛋白有用的物质。它们可以是化合物、化学小分子、生物分子。所述的生物分子可以是核酸水平(包括DNA、RNA)的，也可以是蛋白水平的。例如，所述的下调剂是：特异性干扰UP基因表达的干扰RNA分子(如siRNA、shRNA)或反义核苷酸；或是特异性编辑UP基因的基因编辑试剂，等等。

本发明中，所述的UP基因或其编码的蛋白的上调剂包括了促进剂、激动剂、激活剂。所述的“上调”、“促进”包括了蛋白活性的“上调”、“促进”或蛋白表达的“上调”、“促进”。任何可提高UP蛋白的活性、提高UP基因或其编码的蛋白的稳定性、上调UP基因的表达、增加UP蛋白有效作用时间的物质，这些物质均可用于本发明，作为对于上调UP基因或其编码的蛋白有用的物质。它们可以是化合物、化学小分子、生物分子。所述的生物分子可以是核酸水平(包括DNA、RNA)的，也可以是蛋白水平的。

本发明还提供了一种下调植物中UP基因或其编码的蛋白的表达的方法，包括对UP基因进行靶向性地突变、基因编辑或基因重组，从而实现下调。

作为一种实施方式，采用CRISPR/Cas(如Cas9，Cas13)系统进行基因编辑，从而敲除或下调UP基因。合适的sgRNA靶位点，会带来更高的基因编辑效率，所以在着手进行基因编辑前，可以设计并找到合适的靶位点。在设计特异性靶位点后，还需要进行体外细胞活性筛选，以获得有效的靶位点用于后续实验。

作为另一种实施方式，提供了一种下调植物中UP基因或其编码的蛋白的表达的方法，包括：(1)将干扰UP基因(包括mRNA)表达的干扰分子转入植物细胞、组织、器官或种子，获得转化入所述干扰分子的植物细胞、组织、器官或种子；(2)将步骤(1)获得的转入了所述干扰分子的植物细胞、组织、器官或种子再生成植物。较佳地，所述方法还包括：(3)选择出转入了所述载体的植物细胞、组织或器官；和(4)将步骤(3)中的植物细胞、组织或器官再生成植物。

本发明中，经精细比较，UP基因与其提前终止所编码的截短体(如具有相应于SEQID NO:2所示氨基酸序列中第1～129位氨基酸；或具有相应于SEQ ID NO:6所示氨基酸序列中第1～138位氨基酸)的差异较为明确，功能相反。通过定向地靶向于特定的密码子或其邻近区域，可以实现表型或产量的调控。因此，作为一种更为具体的实施例方式，特异性靶向于相应于SEQ ID NO:2所示氨基酸序列中第130位或其前面的氨基酸对应的密码子，使之转为终止子；或靶向于相应于SEQ ID NO:6所示氨基酸序列中第139位或其前面的氨基酸对应的密码子，使之转为终止子。

作为本发明的另一种实施方式，还提供了一种上调植物中UP基因或其编码的蛋白的表达的方法，所述的方法包括：将UP基因或其编码的蛋白的表达构建物或载体转入植物中。

本发明中，利用UP基因及其变体(包括截短体)调控植物的果柄朝向、花序形态和产量，表现出较为显著的调节作用，为优良的植物品种快速推广提供了理论指导以及优质的基因资源。

并且，模拟UP基因的突变特点，为利用基因编辑手段快速改良植物品种提供了理论指导以及优质的基因资源。

分子标记

本领域中，技术人员对于植物果柄朝向由哪个或哪些基因控制一直没有清晰的了解，现有技术中缺乏鉴定植物果柄朝向的分子标记。基于本发明人的新发现，本发明提供了适用于鉴定植物果柄朝向的基因，即UP基因。本发明还提供了针对所述基因而设计的特异性分子标记，鉴定所述分子标记的引物，以及鉴定策略。

因此，本发明提供了一种特异性鉴定植物的果柄朝向、花序形态或产量表型的方法，包括：鉴定待测植物的UP基因或其编码的蛋白，若不存在导致提前出现终止子的基因突变或表达全长UP蛋白，则表明该待测植物为果柄朝下、花序轴的顶端朝下生长或地上部分向重性缺失的表型，若存在导致提前出现终止子的基因突变或表达UP蛋白片段，则表明该待测植物为果柄朝上、花序轴的顶端朝上生长或果重、单株果实数、单株坐果花序数或产量提高的植物；其中，所述UP基因或其编码的蛋白包括它们的同源物。

作为本发明的优选方式，所述的植物为茄科植物的番茄，其UP基因中提前出现终止子的位置为相应于SEQ ID NO:2所示氨基酸序列中第130位氨基酸对应的密码子，由TCA突变为TGA。

作为本发明的优选方式，所述的植物为茄科植物的辣椒，其UP基因中提前出现终止子的位置为相应于SEQ ID NO:6所示氨基酸序列中前139位氨基酸对应的密码子，突变为TGA或TAA。

根据本发明的新发现，本领域技术人员可以采用任何本领域公知的或正在发展的多种技术来进行核酸序列的分析，这些技术均可被包含在本发明中。所述的方法例如包括但不限于：测序法，PCR扩增法，探针法，杂交法，限制性酶切分析法，等位基因多态性分析法(如溶解曲线法)进行核酸序列的鉴定，等等。

在优选的实施方式中，扩增番茄的基因组序列中包含SEQ ID NO:3和/或SEQ IDNO:4的核苷酸序列或序列片段；分析其中对应于SEQ ID NO:3和/或SEQ ID NO:4中第294位碱基序列，若为C，则其为果柄朝下，花序轴的顶端朝下生长，地上部分向重性缺失的表型；若为G，则其为果柄朝上，花序轴的顶端朝上生长，果重、单株果实数、单株坐果花序数或产量提高的表型；较佳地，以SEQ ID NO:7和SEQ ID NO:8所示序列的引物扩增SEQ ID NO:3和/或SEQ ID NO:4的核苷酸序列。

在优选的实施方式中，扩增茄科植物辣椒的基因组序列中包含有相应于SEQ IDNO:9序列中第491位的碱基的序列片段；分析其中对应于SEQ ID NO:9中第491位碱基序列，若为C，则其为果柄朝下的表型；若为G，则其为果柄朝上的表型。

在优选的实施方式中，还提供了来自于茄科植物的基因片段，如来自于番茄UP基因的如SEQ ID NO:3或SEQ ID NO:4所示的基因片段。本发明也包括在其它茄科植物中与所述SEQ ID NO:3或SEQ ID NO:4所示片段相应的基因片段。

在更优选的方式中，提供了一种鉴定番茄UP基因的方法，包括以SEQ ID NO:7或SEQ ID NO:8所示的引物进行PCR扩增，对扩增产物进行EcoRI酶切。扩增产物能被EcoRI酶切成小于321bp的为果柄朝上、花序轴的顶端朝上生长或果重、单株果实数、单株坐果花序数或产量提高的植物；不能被酶切且大小约321bp的则为果柄朝下、花序轴的顶端朝下生长或地上部分向重性缺失的植物。这一鉴定方法，只需进行PCR反应和/或琼脂糖凝胶电泳，并通过判断相应的PCR产物的长度，就可以准确、快速地判断待测样品的表型或产量，成本低廉，适合于大规模鉴定，而且所需的样品量很少。

获取待测样品的DNA的方法是本领域技术人员所熟知的技术，例如可采取传统的酚/氯仿/异戊醇法，或者可采用一些商购的DNA提取试剂盒，这类试剂盒是本领域技术人员熟知的。

聚合酶链反应(PCR)技术是本领域技术人员熟知的技术，其基本原理是体外酶促合成特异DNA片段的方法。本发明的方法可采用常规的PCR技术进行。

根据上述，本发明还涉及用于鉴定番茄果柄朝向、花序形态和产量的试剂盒，所述试剂盒中含有SEQ ID NO:7和SEQ ID NO:8所示的引物。在优选的方式中，所述试剂盒中还包括：限制性内切酶EcoRI。应理解，根据本发明所揭示的内容，可以用于鉴定的试剂并不限于此。

此外，所述的试剂盒中还可含有鉴定的使用说明书和/或标准操作程序。所述的试剂盒可实现快速检测、批量检测辣椒果柄朝向的目的。

本发明克服了现有不能鉴定植物果柄朝向、花序形态的不足，提供了简单、有效的鉴定方法、分子标记及其优选引物，从而为植物果柄朝向、花序形态的快速有效鉴定提供了可行的方法，为植物的育种筛选提供了有力的工具。

在种植早期就能够鉴定出植物的果柄朝向、花序形态和产量，为植物育种工作带来极大的便利。

本发明在植物株型和产量性状的分子设计育种及利用基因工程技术进行农作物品种改良等方面具有重要的应用前景。

植物定向筛选或靶向性筛选调控分子

在得知了UP基因或其编码的蛋白的功能及其分子机制以后，可以基于其功能或以UP为分子标记物，来进行植物的定向筛选。也可基于该新发现来筛选通过调节UP基因或其编码的蛋白，从而定向调控植物果柄朝向、花序形态和产量的物质或潜在物质。

因此，本发明提供了一种定向选择或鉴定植物调节剂的方法，所述方法包括：鉴定测试植物中UP基因或其编码的蛋白的表达：若是该测试植物的UP基因或其编码的蛋白的表达低于该类植物UP基因或其编码的蛋白的平均表达值，或UP表达高于该类植物的UP平均表达值，则其为果柄朝上，花序轴的顶端朝上生长，果重、单株果实数、单株坐果花序数或产量提高的植物；若是该测试植物的UP基因或其编码的蛋白的表达高于该类植物UP基因或其编码的蛋白的平均表达值，则其为果柄朝下，花序轴的顶端朝下生长或地上部分向重性缺失的植物。

本发明提供了一种筛选调节植物果柄朝向、花序形态和产量的调节剂的方法，包括：(1)将候选物质加入到含有UP基因或其编码的蛋白的体系中；(2)检测所述体系中，观测(1)的体系中UP基因或其编码的蛋白的表达或活性；若所述候选物质下调UP基因或其编码的蛋白的表达或活性，则表明该候选物质是使植物果柄朝上、花序轴的顶端朝上生长或提高植物果重、单株果实数、单株坐果花序数或产量的调节剂；若所述候选物质上调UP基因或其编码的蛋白，则表明该候选物质是使植物果柄朝下、花序轴的顶端朝下生长或地上部分向重性缺失的调节剂。

以蛋白或基因或其上特定的区域作为靶点，来筛选作用于该靶点的物质的方法是本领域人员所熟知的，这些方法均可用于本发明。所述的候选物质可以选自：肽、聚合肽、拟肽、非肽化合物、碳水化合物、脂、抗体或抗体片段、配体、有机小分子、无机小分子和核酸序列等。根据待筛选的物质的种类，本领域人员清楚如何选择适用的筛选方法。

经过大规模的筛选，可以获得一类特异性作用于UP基因或其编码的蛋白、对植物果柄朝向、花序形态和产量的有调控作用的潜在物质。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件如J.萨姆布鲁克等编著，分子克隆实验指南，第三版，科学出版社，2002中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1、番茄和辣椒up突变体的表型描述和番茄UP基因的定位

本发明人鉴定到一个番茄果柄和花序形态发生变异的材料upright pedicel(up)，该材料的花序与野生型相比，花序轴的顶端朝上生长，而野生型的花序轴的顶端都会出现较大弯曲向下的表型(图1A，B)。up植株的果柄在开花当天与野生型一样，略为向下弯曲。受精后野生型果柄进一步向下弯曲，而up果柄在授粉后逐渐变直，在3～4天形成直立向上的果柄(图1A，B)。

茄科的辣椒中，本发明人也发现一些品种如野生和观赏辣椒的花柄直立朝上，而有别于多数栽培辣椒的俯垂向下(图1C，D)。

本发明的基因克隆基于番茄参考基因组序列SL2.40(https://solgenomics.net/)。为了分离克隆UP基因(SlUP)，将果柄朝上的up(LA2397)材料与醋栗番茄LA1589杂交，得到F1种子。F1自交获得的F2代分离群体用于遗传分析和基因定位。从94个F2单株中共发现17株具有果柄朝上的表型，卡方测验值χ²＝2.397小于χ² _0.05＝3.841，p＝0.7264>0.05，分离比符合3:1，说明果柄朝上的表型受隐性单基因控制。然后利用3730株F2群体进行精细定位，将SlUP基因定位于Marker XPS868与XP0942之间的32.2kb区域内。该区间只有一个蛋白编码基因，经测序比较发现果柄朝上的up突变体在该蛋白编码基因上(第二个外显子)存在一个点突变，即其第389个碱基C突变为G，导致蛋白翻译提前终止。

野生型SlUP基因的cDNA序列如下(SEQ ID NO:1(642bp)，其中方框中碱基位突变位置)：

野生型SlUP蛋白序列如下(SEQ ID NO:2(213aa)，其中下划线部分(第130～213位)在发生突变后消失)：

MLCSLPLFVKPYCNRPIFHSIDHSCQEKKIGNFNSNDDSFCNGLNYRPKPIRTCISTKQEKFDHKHQYPKDLNFFDSSLSKEKSKHDEDGFKKTKSRALKKIKQPISPGGRLSSFLSSLFTNGKKTKISSNDDDKKLSTCSSCGHK KLNMEQQNVEAMKGINKNYVHEDHLKFHKNIIIEDEDDDYDEGASCASSDLFEIDIFSSIGLMGLPL

实施例2、SlUP基因的过表达植株的获得和表型描述

SlUP基因的过表达载体pHZ009是以pCAMBIA1300为骨架的经改造的载体，在HindIII和XbaI之间插入35S启动子序列，在XbaI和SacI之间插入SlUP基因序列(SEQ IDNO:1)，并在其后SacI和EcoRI之间插入NOS终止序列，如图2A所示。

本发明人将该载体通过农杆菌介法导入到野生型番茄LA1781，获得的转基因番茄的地上部分向重性完全缺失(如图2B所示)。

实施例3、SlUP基因的转基因互补实验

为了进一步验证定位到的SlUP基因，构建了SlUP的转基因互补质粒pHZ037。该质粒以pCAMBIA1300为骨架，在HindIII和SalI之间插入pUP::UP序列(包括8.7kb启动子、1.1kb含内含子的编码序列以及2kb 3’UTR)，并在其后SacI和EcoRI之间插入NOS终止序列(图3)。

并将该载体通过农杆菌介导法导入up突变体番茄植株中。获得的转基因植株具有果柄朝下的表型，确认了该基因的突变导致果柄朝上的表现(图4)。

实施例4、辣椒CaUP基因的分离

通过共线性分析和序列同源比对，克隆了调控辣椒果柄朝向的基因CaUP(图5)。根据图5可见，来自辣椒的CaUP与来自番茄的SlUP基因是高度同源的，并且，对应于野生型番茄SlUP氨基酸序列第130位的S，野生型辣椒CaUP中相应位置(第139位)也是S。请见图5中虚线框所示。

野生型CaUP基因的cDNA序列如下(SEQ ID NO:5(771bp))：

野生型CaUP蛋白序列如下(SEQ ID NO:6；256aa)：

MLCSFPLFVKPHYNRPIYHSIDQAGQEKKSRNFNPSIGSSSYGLNNRPKPIRTCILTNQEKLDHKHQYSKDINFYGKYIYTSLAKEKPKHDEDGSKKTKSRAMKIYRELKKVKQISPGGRLSTFFNSLFTNGRKTKISSNDHEERK LSKSIIITPYEHKNLDMVQQNVEHINGINTNYVHEDHQLKFHKNIEVEDEDEDKDDDEDEDKKDDDDEGASYASSDL FELDIFSSIGIMGLPVYETTNLGISLAINANGN

CaUP的基因组序列如下(Pepper.v.1.55.chr12_199941045..199939610；1436bp)(SEQ ID NO:9；其中下划线为内含子区域)：

本发明人对423份辣椒品种的CaUP基因测序，确定CaUP内含子中有一个SNP与辣椒的果柄朝向显著相关。当对应于SEQ ID NO:9的CaUP基因组序列的第491位的SNP位点为C碱基时，255个辣椒品种中有251个辣椒品种具有果柄朝下的表型；而当SNP位点为G碱基时，176个辣椒品种中有167个品种的果柄朝上(图6)。

使用定量PCR方法检测CaUP基因在26个辣椒品种果柄的表达量，发现16个果柄朝下的辣椒品种中CaUP基因的表达量要显著高于10个果柄朝上的(图7和表1)。

表1、CaUP基因的表达量分析中使用的材料品种及果柄表型统计表

实施例5、针对番茄SlUP基因的分子标记开发和应用

(1)分子标记的引物设计：针对SlUP基因第二个外显子上的突变位点，本发明开发了一个基于PCR的dCAPS标记，用于检测番茄品种中SlUP基因型。具体步骤如下所述，使用以下引物进行PCR反应，扩增321bp片段(该片段的序列见序列表SEQ ID NO:3(用于鉴定突变型)和SEQ ID NO:4(用于鉴定野生型)。

SEQ ID NO:3(下划线区域为内含子)

SEQ ID NO:4(下划线区域为内含子)

扩增引物对的DNA序列如下：

上游引物Primer1：5’-AGGTCCCAGTTGGTCTCGTTTA-3’(SEQ ID NO:7)；

下游引物

该下游引物中，基于所述突变位点，引入错配碱基使之可以被EcoRI识别。

步骤(1)所述的PCR扩增体系为30μL体系，包括如下组分：100ng/μL基因组DNA 1μL，10μM Primer1 0.6μL，10μM Primer2 0.6μL，10X EasyTaq buffer 3μL，2.5mM dNTP 2.4μL，EasyTaq DNA Polymerase 0.3μL，ddH₂O 22.1μL。本实验所用Easy Taq DNAPolymerase为全式金公司试剂。

步骤(1)所述的PCR扩增反应程序为：94℃预变性5min；94℃30s，55℃30s，72℃30s，35个循环；72℃终延伸10min。

对步骤(1)得到的PCR产物使用EcoRI酶切(5'G↓AATTC 3')，酶切反应体系包括如下组分：10X CutSmart buffer 3μL，PCR产物10μL，EcoRI酶(NEB公司)1μL，ddH₂O16μL。37℃酶切1h后用4％的琼脂糖凝胶进行电泳分析。

如果PCR产物能被EcoRI酶切为两条DNA片段，则是果柄朝上的突变体；

如果PCR产物不能被EcoRI酶切，仍为一条大小为321bp的DNA片段，则是果柄朝下的野生型；

(2)分子标记的应用

1)番茄叶片基因组DNA的提取

试验材料为一个番茄杂合群体的21个材料。

选取番茄单株的幼嫩叶片，采用CTAB法提取番茄的基因组DNA，具体步骤如下：

①取约0.2g植物材料置于2ml离心管中，加入400μL DNA抽提液，加入一枚钢珠，使用组织破碎研磨仪震荡1min，充分研磨材料；

②65℃放置20min，期间晃动材料使充分裂解；

③材料冷却至室温后，加入400μl的氯仿，剧烈混匀；

④室温离心，12000rpm离心10min后，吸取上清至新离心管；

⑤加入等体积的异丙醇，颠倒混匀后室温离心，12000rpm离心10min；

⑥弃上清溶液，加入1ml 75％乙醇，室温离心12000rpm离心5min；

⑦弃上清溶液，加入1ml 75％乙醇，室温离心12000rpm离心5min；

⑧弃上清溶液，放在室温干燥，然后加入30-50uL的1x TE溶液，65℃放置10min助溶。

⑨提取的DNA检测质量后，可放-20℃暂时保存，也可放-80℃长期保存。

2)利用鉴定番茄果柄朝向和花序形态的分子标记分析番茄杂合群体21个样本的果柄朝向和花序形态。

利用鉴定引物Primer1(SEQ ID NO:7)/Primer2(SEQ ID NO:8)进行PCR扩增，反应体系为30μL，包括如下组分：100ng/μL基因组DNA 1μL，10μM Primer1 0.6μL，10μM Primer20.6uL，10X Easy Taq buffer 3μL，2.5mM dNTPs 2.4μL，Easy Taq DNA Polymerase 0.3μL，ddH₂O 22.1μL。PCR扩增反应程序为：94℃预变性5min；94℃30s，55℃30s，72℃30s，35个循环；72℃终延伸10min。

PCR产物经限制性内切酶EcoRI消化，反应体系包括如下组分:10X CutSmartbuffer 3μL，PCR产物10μL，EcoRI酶(NEB公司)1μL，ddH₂O 16μL。37℃酶切1h。

酶切产物通过琼脂糖凝胶电泳来区分不同的基因型。经EcoRI消化的PCR扩增产物经4％的琼脂糖凝胶电泳(0.5XTBE，120V，1.5-2小时)分离后，EcoRI酶切成小于321bp的为果柄朝上基因型，不能被酶切且大小约321bp的则为果柄朝下基因型。图8中的样品1，3，5，7，8，9，10，11，12，13，14，16，17，18和19为果柄朝下材料，样品2，4，6，15和20为果柄朝上材料。

利用本发明公布的引物序列Primer1(SEQ ID NO:7)，Primer2(SEQ ID NO:8)对不同番茄品种基因组DNA进行扩增，所获得的序列和PCR片段大小可能存在一定差异，但EcoRI酶切反应依然可鉴定等位变异。

实施例6、近等基因系NIL(UP)和NIL(up)的单株果实产量、果实数目、单果重和坐果花序数统计

在农场大棚中分别种植番茄up突变体与LA3242(https://tgrc.ucdavis.edu)回交5次的近等基因系NIL(UP)和NIL(up)各50株。计入统计的存活NIL(UP)植株43株，NIL(up)41株。

结果如图9和图10所示，NIL(up)单株果实产量和单株果实数目分别是NIL(UP)的3～4倍和2～3倍，果实平均重量和坐果花序数也增加了50％和1～2倍。根据统计检验(T-test)，差异达到极显著水平(P<0.001)。

序列表说明：

SEQ ID NO:1是SlUP基因的cDNA序列，序列长度为642bp。

SEQ ID NO:2是SlUP基因编码的蛋白序列，编码了213个氨基酸。

SEQ ID NO:3是鉴定番茄果柄和花序朝上的分子标记的核苷酸序列，序列长度为321bp。

SEQ ID NO:4是鉴定番茄果柄和花序朝下的分子标记的核苷酸序列，序列长度为321bp。

SEQ ID NO:5是CaUP基因的cDNA序列，序列长度为771bp。

SEQ ID NO:6是CaUP基因编码的蛋白序列，编码了256个氨基酸。

SEQ ID NO:7是用于鉴定番茄果柄朝向和花序形态的分子标记的上游引物Primer1，序列长度为22bp。

SEQ ID NO:8是用于鉴定番茄果柄朝向和花序形态的分子标记的下游引物Primer2，序列长度为27bp。

SEQ ID NO:9是CaUP的基因组序列(Pepper.v.1.55.chr12_199941045..199939610；1436bp)。

上述实施案例是本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质和原理下所做的改变、修饰、替代、简化等均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。

序列表

<110> 中国科学院上海生命科学研究院

<120> UP基因及其在植物改良中的应用

<130> 192751

<160> 9

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 642

<212> DNA

<213> 番茄(Solanum lycopersicum )

<400> 1

atgttatgtt cattgcctct ttttgttaaa ccctattgta ataggcctat tttccactct 60

attgaccatt cttgccaaga gaagaaaata ggaaacttta attcaaatga tgactctttt 120

tgcaatggtc ttaattatag gcctaaacca attagaactt gcatttcaac taagcaagaa 180

aagtttgatc acaagcacca atatcccaaa gacctcaact tttttgattc atctctatca 240

aaggaaaaat ctaaacatga tgaagatggt ttcaagaaga caaagtcaag agctttgaag 300

aaaataaagc agcccatttc tcctggaggt agactatcaa gtttcttgag ttcacttttt 360

acaaatggga aaaaaacaaa gatttcctca aatgatgatg acaaaaaatt gtcaacttgt 420

tcttcatgtg gacacaagaa gttgaatatg gaacaacaaa atgtggaggc tatgaaaggg 480

attaataaaa attatgttca tgaagatcat ctaaaattcc acaagaatat tattattgaa 540

gatgaagatg atgattatga tgaaggtgca agttgtgcaa gttctgattt gtttgagatt 600

gatatatttt cttccattgg attaatggga ttgccattat aa 642

<210> 2

<211> 213

<212> PRT

<213> 番茄(Solanum lycopersicum )

<400> 2

Met Leu Cys Ser Leu Pro Leu Phe Val Lys Pro Tyr Cys Asn Arg Pro

1 5 10 15

Ile Phe His Ser Ile Asp His Ser Cys Gln Glu Lys Lys Ile Gly Asn

20 25 30

Phe Asn Ser Asn Asp Asp Ser Phe Cys Asn Gly Leu Asn Tyr Arg Pro

35 40 45

Lys Pro Ile Arg Thr Cys Ile Ser Thr Lys Gln Glu Lys Phe Asp His

50 55 60

Lys His Gln Tyr Pro Lys Asp Leu Asn Phe Phe Asp Ser Ser Leu Ser

65 70 75 80

Lys Glu Lys Ser Lys His Asp Glu Asp Gly Phe Lys Lys Thr Lys Ser

85 90 95

Arg Ala Leu Lys Lys Ile Lys Gln Pro Ile Ser Pro Gly Gly Arg Leu

100 105 110

Ser Ser Phe Leu Ser Ser Leu Phe Thr Asn Gly Lys Lys Thr Lys Ile

115 120 125

Ser Ser Asn Asp Asp Asp Lys Lys Leu Ser Thr Cys Ser Ser Cys Gly

130 135 140

His Lys Lys Leu Asn Met Glu Gln Gln Asn Val Glu Ala Met Lys Gly

145 150 155 160

Ile Asn Lys Asn Tyr Val His Glu Asp His Leu Lys Phe His Lys Asn

165 170 175

Ile Ile Ile Glu Asp Glu Asp Asp Asp Tyr Asp Glu Gly Ala Ser Cys

180 185 190

Ala Ser Ser Asp Leu Phe Glu Ile Asp Ile Phe Ser Ser Ile Gly Leu

195 200 205

Met Gly Leu Pro Leu

210

<210> 3

<211> 321

<212> DNA

<213> 番茄(Solanum lycopersicum )

<400> 3

aggtcccagt tggtctcgtt tatgaatttt cttttgctat actatttatt atttatttat 60

gacaatatga agtattaatt tctctaactc ttacttaaac tttgttcata ccctatttaa 120

attttcaata gattcatctc tatcaaagga aaaatctaaa catgatgaag atggtttcaa 180

gaagacaaag tcaagagctt tgaagaaaat aaagcagccc atttctcctg gaggtagact 240

atcaagtttc ttgagttcac tttttacaaa tgggaaaaaa acaaagattt cctgaaatga 300

tgatgacaaa aaattgtcaa c 321

<210> 4

<211> 321

<212> DNA

<213> 番茄(Solanum lycopersicum )

<400> 4

aggtcccagt tggtctcgtt tatgaatttt cttttgctat actatttatt atttatttat 60

gacaatatga agtattaatt tctctaactc ttacttaaac tttgttcata ccctatttaa 120

attttcaata gattcatctc tatcaaagga aaaatctaaa catgatgaag atggtttcaa 180

gaagacaaag tcaagagctt tgaagaaaat aaagcagccc atttctcctg gaggtagact 240

atcaagtttc ttgagttcac tttttacaaa tgggaaaaaa acaaagattt cctcaaatga 300

tgatgacaaa aaattgtcaa c 321

<210> 5

<211> 771

<212> DNA

<213> 辣椒(Capsicum annuum L.)

<400> 5

atgctatgct ctttccctct ctttgtcaag ccccattata ataggcctat ttaccactcc 60

atagaccaag ctggccaaga gaagaaatcc agaaacttta atccgagtat tggttcttct 120

agctatggtc ttaataatag gcctaaacca attagaactt gcattttaac taaccaagaa 180

aagcttgatc acaaacacca atattccaaa gatatcaact tttatggtaa gtatatatat 240

acttctctag caaaggaaaa acctaagcac gatgaagatg gttctaagaa gacaaaatca 300

agagctatga agatctatag agaattaaag aaagttaagc agatttctcc tggaggtaga 360

ctatcaactt tctttaactc actttttact aatgggagaa aaacaaagat ttcttcaaat 420

gatcacgagg agagaaaatt aagcaagagt attattatta ctccatatga gcacaagaat 480

ttggacatgg tccaacaaaa tgtggagcat ataaacggaa ttaatacaaa ttatgttcat 540

gaagatcatc agctaaaatt ccacaagaat attgaagttg aagatgaaga tgaagataaa 600

gatgatgatg aagatgaaga taaaaaagat gatgatgatg aaggtgcaag ttatgcaagc 660

tctgatctgt ttgagcttga tatcttttct tccattggaa taatgggatt gcccgtctat 720

gaaacaacaa atcttggtat tagtctagcc attaatgcaa atggtaacta a 771

<210> 6

<211> 256

<212> PRT

<213> 辣椒(Capsicum annuum L.)

<400> 6

Met Leu Cys Ser Phe Pro Leu Phe Val Lys Pro His Tyr Asn Arg Pro

1 5 10 15

Ile Tyr His Ser Ile Asp Gln Ala Gly Gln Glu Lys Lys Ser Arg Asn

20 25 30

Phe Asn Pro Ser Ile Gly Ser Ser Ser Tyr Gly Leu Asn Asn Arg Pro

35 40 45

Lys Pro Ile Arg Thr Cys Ile Leu Thr Asn Gln Glu Lys Leu Asp His

50 55 60

Lys His Gln Tyr Ser Lys Asp Ile Asn Phe Tyr Gly Lys Tyr Ile Tyr

65 70 75 80

Thr Ser Leu Ala Lys Glu Lys Pro Lys His Asp Glu Asp Gly Ser Lys

85 90 95

Lys Thr Lys Ser Arg Ala Met Lys Ile Tyr Arg Glu Leu Lys Lys Val

100 105 110

Lys Gln Ile Ser Pro Gly Gly Arg Leu Ser Thr Phe Phe Asn Ser Leu

115 120 125

Phe Thr Asn Gly Arg Lys Thr Lys Ile Ser Ser Asn Asp His Glu Glu

130 135 140

Arg Lys Leu Ser Lys Ser Ile Ile Ile Thr Pro Tyr Glu His Lys Asn

145 150 155 160

Leu Asp Met Val Gln Gln Asn Val Glu His Ile Asn Gly Ile Asn Thr

165 170 175

Asn Tyr Val His Glu Asp His Gln Leu Lys Phe His Lys Asn Ile Glu

180 185 190

Val Glu Asp Glu Asp Glu Asp Lys Asp Asp Asp Glu Asp Glu Asp Lys

195 200 205

Lys Asp Asp Asp Asp Glu Gly Ala Ser Tyr Ala Ser Ser Asp Leu Phe

210 215 220

Glu Leu Asp Ile Phe Ser Ser Ile Gly Ile Met Gly Leu Pro Val Tyr

225 230 235 240

Glu Thr Thr Asn Leu Gly Ile Ser Leu Ala Ile Asn Ala Asn Gly Asn

245 250 255

<210> 7

<211> 22

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 7

aggtcccagt tggtctcgtt ta 22

<210> 8

<211> 27

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 8

gttgacaatt ttttgtcatc atgaatt 27

<210> 9

<211> 1436

<212> DNA

<213> 辣椒(Capsicum annuum L.)

<400> 9

atgctatgct ctttccctct ctttgtcaag ccccattata ataggcctat ttaccactcc 60

atagaccaag ctggccaaga gaagaaatcc agaaacttta atccgagtat tggttcttct 120

agctatggtc ttaataatag gcctaaacca attagaactt gcattttaac taaccaagaa 180

aagcttgatc acaaacacca atattccaaa gatatcaact tttatggtaa gtatatatgt 240

ccataatcct atatactcac atccatttta tactgtgaga ttatttttat tagaatttac 300

atgttatagc aagtaattgc cttatagttt cactactaaa aagttgtgaa tttccaacgg 360

acacgttcca taaaaaattg gctcgtccta aagggatttt cgataaagat cttccgaagg 420

ccaataattc gtcgaaattc gttcatttag tagaattttt aaaattacaa atttcactga 480

ttttttagtt cataatttgt gtaactatac cttgaatgac atgatagtgt taaattaaat 540

ctttatatta ttggtgtata taaagttaaa ttgataattc aaagtttcgt ctattcattt 600

tgttctagac tagtcccttt ttttagtcaa aaatacgata ttatgctagt acttgatgat 660

tttacttgaa tatttagact tataaattgt catgtatgtc cactttagaa acataggtcc 720

ttggcagggg gacaaaagga gagagaagat tgaaaattcg gccccagttg gtctcgtcta 780

tggattttct tttcctatcc tatttatcat tttttatggc aatatatcaa gtttgttttt 840

tgtaattttt ttctctaact ctcacttaaa acgttgttca taccctaatt aaattttcaa 900

cagatacttc tctagcaaag gaaaaaccta agcacgatga agatggttct aagaagacaa 960

aatcaagagc tatgaagatc tatagagaat taaagaaagt taagcagatt tctcctggag 1020

gtagactatc aactttcttt aactcacttt ttactaatgg gagaaaaaca aagatttctt 1080

caaatgatca cgaggagaga aaattaagca agagtattat tattactcca tatgagcaca 1140

agaatttgga catggtccaa caaaatgtgg agcatataaa cggaattaat acaaattatg 1200

ttcatgaaga tcatcagcta aaattccaca agaatattga agttgaagat gaagatgaag 1260

ataaagatga tgatgaagat gaagataaaa aagatgatga tgatgaaggt gcaagttatg 1320

caagctctga tctgtttgag cttgatatct tttcttccat tggaataatg ggattgcccg 1380

tctatgaaac aacaaatctt ggtattagtc tagccattaa tgcaaatggt aactaa 1436

Claims

1.一种调节植物果柄朝向、花序形态和产量的方法，其特征在于，包括：调节植物中UP基因或其编码的蛋白的表达，从而调节植物果柄朝向、花序形态和产量；所述植物为番茄，所述的UP基因编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO: 2所示；所述方法为：

(a) 对UP基因进行改造使其提前出现终止子，从而使植物果柄朝上，花序轴的顶端朝上生长，或提高植物的果重、单株果实数、单株坐果花序数或产量；所述改造为：对UP基因进行定点突变，基因编辑或同源重组，从而其编码的蛋白相应于SEQ ID NO: 2所示氨基酸序列中第130位氨基酸对应的密码子转为终止子；或

(b) 上调UP基因或其编码的蛋白的表达，从而使植物果柄朝下，花序轴的顶端朝下生长，地上部分向重性缺失。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上调UP基因或其编码的蛋白的表达包括：将UP基因或含有该基因的表达构建物或载体转入植物中。

3. 一种UP基因、其编码的蛋白或它们的调节剂的用途，用于调节植物果柄朝向、花序形态和产量；所述植物为番茄，所述的UP基因编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO: 2所示；

所述调节剂为对UP基因进行改造使其提前出现终止子的调节剂，用于使植物果柄朝上，花序轴的顶端朝上生长，或提高植物的果重、单株果实数、单株坐果花序数或产量；所述调节剂为对UP基因进行改造使其提前出现终止子的调节剂，其对UP基因进行定点突变，基因编辑或同源重组，从而UP基因编码的蛋白相应于SEQ ID NO: 2所示氨基酸序列中第130位氨基酸对应的密码子转为终止子；或

所述调节剂为UP基因或其编码的蛋白、含有UP基因的表达构建物或载体，用于使植物果柄朝下，花序轴的顶端朝下生长或地上部分向重性缺失。

4. 一种定向选择或鉴定植物果柄朝向、花序形态或产量的方法，其特征在于，所述方法包括：鉴定测试植物中UP基因或其编码的蛋白的表达：所述植物为番茄，所述UP基因编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO: 2所示；

若是测试植物中的UP基因提前出现终止子、UP基因编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ IDNO: 2中第1～129位所示，则其为果柄朝上，花序轴的顶端朝上生长，果重、单株果实数、单株坐果花序数或产量提高的植物；

若是该测试植物的UP基因或其编码的蛋白的表达显著高于该类植物UP基因或其编码的蛋白的平均表达值，则其为果柄朝下，花序轴的顶端朝下生长或地上部分向重性缺失的植物。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，采用包括：测序法，PCR扩增法，限制性酶切分析法，探针法，杂交法，芯片法，等位基因多态性分析法进行核酸序列的鉴定。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据提前出现终止子的序列位置及其邻近位置的碱基序列，通过限制性酶切分析法进行核酸序列的鉴定。

7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的限制性酶包括：基于SEQ ID NO: 1中所示的第389个碱基突变设计的限制性内切酶。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述限制性内切酶为EcoRI。

9. 分离的多核苷酸的用途，所述多核苷酸的核苷酸序列如SEQ ID NO: 3或SEQ IDNO: 4所示，或SEQ ID NO: 3或SEQ ID NO: 4的序列片段，该序列片段包含有其中第294位的碱基，用于作为鉴定茄科植物番茄的果柄朝向、花序形态或产量的分子标记；其中对应于SEQ ID NO: 3和/或SEQ ID NO: 4中第294位碱基序列，若为C，则其为果柄朝下，花序轴的顶端朝下生长，地上部分向重性缺失的表型；若为G，则其为果柄朝上，花序轴的顶端朝上生长，果重、单株果实数、单株坐果花序数或产量提高的表型。

10. 鉴定茄科植物番茄的方法，其特征在于，包括：扩增番茄的基因组序列中包含SEQID NO: 3和/或SEQ ID NO: 4的核苷酸序列或序列片段；分析其中对应于SEQ ID NO: 3和/或SEQ ID NO: 4中第294位碱基序列，若为C，则其为果柄朝下，花序轴的顶端朝下生长，地上部分向重性缺失的表型；若为G，则其为果柄朝上，花序轴的顶端朝上生长，果重、单株果实数、单株坐果花序数或产量提高的表型。

11. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，以SEQ ID NO: 7和SEQ ID NO: 8所示序列的引物扩增SEQ ID NO: 3和/或SEQ ID NO: 4的核苷酸序列。